GE超声基础知识介绍[共59页]

1、GE 超声基础知识介绍超声基础知识介绍 GEHC China CS 冀鲁声波声波 一、声波一、声波 1. 1. 概念：概念： 0Hz0Hz 20Hz 20KHz 20Hz 20KHz 1MHz1MHz 30MHz30MHz 400MHz 400MHz 2. 2. 声音频谱声音频谱 地震波地震波耳朵耳朵无损探伤无损探伤图像诊断图像诊断声学显微镜声学显微镜 3. 3. 超声的特性超声的特性 超声的折射：超声的折射： 超声的反射：超声的反射： 传播速度：传播速度： 三棱镜三棱镜 折射折射 镜子镜子 反射反射 5. 5. 超声诊断的优点超声诊断的优点 4.4.声学技术的应用声

2、学技术的应用 潜艇潜艇 海洋海洋 声纳声纳 超声原理及模式超声原理及模式 二、超声原理二、超声原理 1. 1. 探 头 远 近 3. 3. 超声波的衰减超声波的衰减： 低频低频高频高频 分辨率分辨率 更好更好 穿透力穿透力 更强更强 更弱更弱 更差更差 三、超声模式（三、超声模式（A超、超、B超、超、M超）超） 1.1.A A模式（模式（A A超）超）：显示界面回声的幅度（Amplitude），称为振幅调制型。 A型是以脉冲波的幅度来显示回声的高低，可 用于测量组织界面的深度（距离）和反应界面 的组织基本特性。 用途： A型脉冲超声诊断仪现用于颅脑和眼科检查。 特点： 方便、快捷。 探头()

3、反射波 A型显示 2. 2. B B模式模式(Brightness)(Brightness)： 是一种亮度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的直线构成。点的亮度代表接 收到回声的振幅。通过连续扫描，二维的剖面图像不断地被更新，这就是实时B模式。 Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8 换能器 监视器 Line 1 2 3 4 5 6 7 8 3. M3. M模式：模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象 来显示一个光标，然后在以时间为轴线的波形图 上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎 儿的心率。 M -

4、Mode used to monitor the Ventricle Motion 探头种类探头种类 四、探头四、探头 用于超声的探头也称为换能器，用于超声的探头也称为换能器，是用来产生和检测超声波的部件是用来产生和检测超声波的部件，即换能器既是发射器，即换能器既是发射器， 也是接收器。它和主机构成超声设备最重要核心。也是接收器。它和主机构成超声设备最重要核心。 1. 1. 结构：结构：详见右图所示。 其中：压电陶瓷发射/接收超声波；声透镜轴向 聚焦；背衬材料防止产生超声波反向振动；匹配层 -减少超声传播中的多重反射. 2. 2. 压电效应：压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英) 在受

5、到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。 3. 3. 工作原理：工作原理： 主机通过电缆在基元上施加电信号，使基元振动， 发出超声波，超声波经物体反射作用在基元上，使基元 两端产生电信号，通过电缆传送至主机处理、显示。 物物 体体 发射 反射 声透镜 压电陶瓷(基元) 背衬材料 衬套 电缆 匹配层 凸阵探头解剖 基元声吸收层 声匹配层声透镜 电子凸阵电子凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 电子线阵电子线阵：用于小器官、血管及术中。：用于小

6、器官、血管及术中。 电子相控阵电子相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线相控阵方式是通过连续变换延时线 来得到产生超声波束的不同角度。主要用来得到产生超声波束的不同角度。主要用 于心脏于心脏, ,颅脑。颅脑。 电子微凸阵电子微凸阵： 与电子凸阵探头工作原理相同与电子凸阵探头工作原理相同. . 主要主要 用于腔内扫查用于腔内扫查. . 线阵线阵 微凸阵微凸阵 凸阵凸阵 线阵/凸阵 探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。 1 2 0 n 相控阵相控阵 063 31 脉冲脉冲 Q 超声扫描方式超声扫描方式 2. 2. 电子扫描方式电子扫描方式 探头的许多基元通过电子控

7、制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。 电子扫描方式电子扫描方式机械扫描方式机械扫描方式 特殊方式特殊方式 线阵机械扇扫斜向扫描 凸阵（含微型凸阵）径向扫描梯形扫描 相控阵扩大扫描 向量扫描 线阵：线阵：用于小器官、血管及术中。 特点： 孔径大 近场视野宽 旁瓣影响小 凸阵：凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点： 近、远场视野宽 五、超声扫描方式五、超声扫描方式 1. 1. 概述：概述：超声设备在医学临床上有多种诊断方式。目前主要采用以下的方式：超声设备在医学临床上有多种诊断方式。目前主要采用以下的方式： 3. 3. 三维容积扫描三维容积扫描 通过

8、探头在一定角度内往复运动（摆动）通过探头在一定角度内往复运动（摆动） 来产生若干个切面，每一个切面就是一幅二维图像。来产生若干个切面，每一个切面就是一幅二维图像。 将若干切面处理后，形成三维图像。将若干切面处理后，形成三维图像。 相控阵：相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。 Abdominal 超声系统及原理超声系统及原理 六、超声系统六、超声系统 延时线路延时线路 脉冲发射脉冲发射/ /接收接收 处理处理 滤波器、对数放大滤波器、对数放大 器、时间增益控制器、时间增益控制

9、 D S C D S C 数字扫描转换器数字扫描转换器 监视器监视器 记录设备记录设备 录像机 打印机 彩色打印机 图象档案管理图象档案管理 存储存储 硬盘、磁光盘硬盘、磁光盘 主机主机 探头探头 监视器 探头 键盘 探头接口 主机 换能器换能器 声 束 发射装置 接收装置 模式处理 装置 显示装置 波束形成器波束形成器 操作控制 装置 超声诊断仪工作原理图超声诊断仪工作原理图 超声诊断仪工作原理图超声诊断仪工作原理图 名词解释名词解释 1 1、分辨率、分辨率 分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分。 轴向（纵向）分辨率：是指沿超声波束轴方向上可区分的 两个点目标的最小距离。 轴向

10、分辨率由超声波束的波长所决定。 一般来说，轴向分辨率为波长的2到4倍。 分辨率 几何分辨率 灰度分辨率 轴向分辨率 侧向分辨率 轴向分辨率 高低 侧向分辨率 高低 侧向（横向）分辨率：是指对垂直于超声波束轴方向上可 区分的两个点目标的最小距离。 侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束聚焦情况。 灰度（对比度）分辨率：是指对两个相似密度的物体的 识别能力。 灰度分辨率几何分辨率平衡 七、名词解释七、名词解释 Elevation 侧向侧向 轴向轴向 距离距离 孔径孔径 提高分辨率 孔径大小侧向分辨率 频带宽度轴向分辨率 距离 x 波长 孔径 侧向分辨率 = 轴向分辨率 = 波长的24倍 通过窄孔径，

11、 在近场聚焦 中场通过宽孔径， 在远场聚焦 对每一深度聚焦 动态接收孔径动态接收孔径 透镜焦点 聚焦 发散 2 2、聚焦、聚焦 许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的 区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。 超声系统的几种聚焦方式：超声系统的几种聚焦方式： 只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频 发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低 常用的聚焦方式：常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF） 3 3、宽频及变频、宽频及变频 5MHz 5MHz 传统探头传统探头宽频带探头宽频带探头 频带宽度 主机带宽 探头带宽 远场近场 5MHz10MHz

12、4 4、 帧频帧频 帧频帧频是指单位时间内 获得图象的帧数。 移 动 的 物 体 低 帧 频 高 帧 频 宽频宽频是指探头的工作频率范围比较宽。 -3dB 帧频帧频 如果B模式深度 = 18 cm 扫描线= 256 那么B模式的总深度为 18cm x 2 x 256 = 92.16 m/frame 二维帧频：1520/92.16=16.39 帧/秒 如果CFM模式深度 = 9 cm 取样次数 = 4 扫描线 = 100 所以CFM模式的总深度为 9cm x 2 x 100 x 4 = 288 m/frame 帧频 = 1530 / (92.16 + 288) = 9.3帧/秒 18cm 256

13、线 接收信号动态范围 超声设备的动态范围是其同时保留最大和最小回声信号的能力。 动态范围动态范围=20Log（最大回声幅值（最大回声幅值/最小回升幅值）最小回升幅值） 针对不同脏器检查，适当调整动态范围，有利于接收脏器内微弱回升信号，又能使边界 较强回声信号不失真，使整幅图像清晰，保证正确的诊断。 Dynamic Range lowhigh 扫描变换器扫描变换器 2.信号处理能力差; 3.通频带受到限制; 4.相控阵支持困难 探头探头 数字扫描 转换器 DSC 显 示 中央处理器 (CPU) 前置放大模拟延时线 模拟延时线 模拟延时线 模拟延时线 前置放大 前置放大 前置放大 功率放大 功率放

14、大 功率放大 功率放大 发射波束形成器 模模/ /数转换器数转换器 转换开关转换开关 合 成 检波 处理 A/D 1.噪声引入少, 信号 / 噪声比值高; 2.数字延时精度高, 控制易实现, 聚焦精度高; 3.可以配接电子相控阵探头; 4.集成度高,通道间一致性好; 5.技术难度大,成本高. 数字扫描 转换器 DSC 显 示 中央处理器 (CPU) 前置放大 A / D A / D A / D A / D数字延时线数字延时线 数字延时线数字延时线 数字延时线数字延时线 数字延时线数字延时线 前置放大 前置放大 前置放大 模模/数转换器数转换器 功率放大 功率放大 功率放大 功率放大 发射波束形

15、成器 收发控制处理器 专利技术 探头探头 转换开关转换开关 合 成 检波 处理 TruScan 超声平台超声平台 传统超声传统超声 - 硬件密集型硬件密集型 TruScan超声超声 - 软件密集型软件密集型 前置处理前置处理转换转换 波束波束 形成器形成器 探头探头主计算机主计算机 TruScan 超声平台超声平台 波束波束 形成器形成器 探头探头 TruScan 超声平台的优势超声平台的优势 强大的计算能力强大的计算能力面阵探头,编码技术, 原始数据功能 强大的图像处理能力强大的图像处理能力 全新的图像管理及优化技术,3D/4D 灵活的工作流程灵活的工作流程- Rawdata, DICOM

16、Rawdata, connectivity 相同的用户界面相同的用户界面 / 探头群探头群- VIVID, LOGIQ, 方便持续的升级能力方便持续的升级能力- 更少硬件, 网络化升级, 通用技术 最大孔径 波束形成器通道 换能器基元 多路开关 0 01 12 23 36262 6363 6464 6565 6666 6767126126127127 0 02 21 13 36262 6363 6 6、阵元数、通道数、一发双、阵元数、通道数、一发双/ /多收多收 0 6363 31 接收波束（左）接收波束（左） 接收波束（右）接收波束（右） 发射波束发射波束 双波束形成器双波束形成器 接收通道

17、数应与发射通道数相同 但在处理回波信号时可使用双波束或多 波束形成器来增加一次扫描的线数 所以处理电路会2，4增加。 即所谓一发双收，一发四收。 目的：提目的：提- -高高- -帧帧- -频频 A/D 转换器1 A/D 转换器2 A/D 转换器3 A/D 转换器4 延时1 延时2 合成 1 合成 2 延时3 延时4 双波束形成器双波束形成器 多普勒多普勒 八、多普勒（八、多普勒（DopplerDoppler） 多普勒技术在超声诊断中非常有价值。主要用于检测心脏、血管内血液的流向， 流速及流量。 主要包括以下三种：- 脉冲多普勒(PW) - 高脉冲重复频率多普勒(HPRF) - 连续波多普勒 (

18、CW)，包括：单连续波多普勒和可控连续波多普勒 TXM RCVRCV TXM 1. 1. 多普勒效应：多普勒效应： 多普勒处理器 根据运动物体的速度 及方向，多普勒处理 器在“频谱”上标上 一个点。 通过观察声波与红细胞的作用， 就能探测它们有存在及量化它们的速度。 当运动的物体运动速 度不相同时，多普勒 处理器为每一物体标 上一个不同的点。 多普勒处理器 在纵坐标上位置代表 物体的速度。 多普勒处理器 当不同的物体以相同 的速度运动时，频谱 上相应的点就标志的 更亮一些。 多普勒处理器 多普勒处理器 2. 2. 多普勒效应公式：多普勒效应公式： 2cos f。 C f V(cm/s)= V

19、(cm/s): 血流速度 C (cm/s): 声速(1530m/s) (度): 血流与超声波束之间的夹角 f(Hz): 多普勒频移 f 。(Hz): 超声频率 V 血流 超声波束 血管 角的调整： 30 0.866 33 0.839 3.2% cos 误差变化 70 0.342 73 0.292 17.1% 夹角夹角的最佳范围：的最佳范围：30306060 3. 3. 多普勒波的含义多普勒波的含义 多普勒波包括以下含义(数据) 速度 速度范围（宽度） 血流量大小 血流方向 一个心跳周期 宽的速度范围 逆流 时间 基准线 慢 快 快 迎向 背向 最高峰最高峰 收缩 舒张 舒张结束 4.4.彩色血流成像（彩色多普勒）彩色血流成像（彩色多普勒） 一个心跳周期 宽的速度范围 逆流 时间 基准线 慢慢 快快 快快 平均值 CFM 迎向 背向 色标色标 脉冲多普勒与连续波多普勒的区别 脉冲多普勒：间断发射/接收，获取在取样点 处多普勒频移信息并分析、显示。 主要用于检测低速血流 连续波多普勒：连续发射/接收，获取在取样 区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度 血流并显示。 主要用于检测高速血流 发射反射接收发射 探头 ) ( 发射 接收 能量多普勒的原理及与彩色多普勒的区别 能